그것이야 역설: 생명체는 생존하기 위해 물이 필요하지만, 물로 가득 찬 세상은 초기 생명체에 필수적이었을 생체분자를 생성할 수 없습니다. 또는 연구자들은 그렇게 생각했습니다.
물은 어디에나 있습니다. 인체의 대부분 그것으로 만들어지고, 행성 지구의 많은 그것으로 덮여 있고, 인간은 그 이상 생존할 수 없습니다. 술을 마시지 않고 며칠. 물 분자는 독특한 특성 체내에서 화합물을 용해 및 운반하고, 세포에 구조를 제공하고, 온도를 조절할 수 있도록 합니다. 사실, 우리가 알고 있는 생명을 가능하게 하는 기본적인 화학 반응에는 물이 필요합니다. 광합성 하나의 예가 되는 것.
그러나 지구의 초기 단계에서 단백질과 DNA와 같은 최초의 생체 분자가 결합되기 시작했을 때 물은 실제로 생명의 장벽이었습니다.
그 이유는 의외로 간단합니다. 물이 있으면 화합물이 물을 잃는 것을 방지할 수 있습니다. 예를 들어, 신체를 구성하는 생물학적 분자의 주요 부류 중 하나인 단백질을 생각해 보십시오. 단백질은 본질적으로 화학 결합으로 연결된 아미노산 사슬입니다. 이러한 결합은 다음을 통해 형성됩니다. 축합 반응 그 결과 물 분자가 손실됩니다. 기본적으로 아미노산은 단백질을 형성하기 위해 "건조"되어야 합니다.
생명 이전의 지구를 고려하면 물에 덮인, 이것은 큰 문제 생명에 필수적인 단백질을 만들기 위해 수영장 안에서 말리려고 하는 것처럼 두 개의 아미노산은 물을 잃는 데 어려움을 겪었을 것입니다. 원시 수프 초기 지구의. 그리고 물이 있는 상태에서 이 문제에 직면한 것은 단백질 뿐만이 아닙니다. DNA와 복잡한 당을 포함하여 생명에 필수적인 다른 생체 분자도 응축 반응에 의존하고 물을 잃어 형성됩니다.
수년에 걸쳐 연구자들은 이 "물의 역설"에 대한 많은 해결책을 제안했습니다. 그들 대부분은 물 제거를 허용할 수 있었던 초기 지구에 대한 매우 구체적인 시나리오에 의존합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다. 건조 웅덩이, 광물 표면, 온천 와 열수 분출구, 무엇보다도. 이러한 솔루션은 그럴듯하지만 일반적이지 않은 특정 지질 및 화학적 조건을 필요로 합니다.
우리의 최근의 연구, 나의 동료 및 물의 역설에 대한 더 간단하고 일반적인 해결책을 찾았습니다. 아주 아이러니하게도 초기 생체 분자를 형성할 수 있었던 것은 물 그 자체일 수 있습니다.
왜 미세 방울인가?
물방울은 현대 세계와 특히 프리바이오틱(또는 전생) 지구 동안 어디에나 있습니다. 부서지는 파도와 거센 파도로 뒤덮인 행성에서 작은 물방울이 바다 스프레이 및 기타 에어로졸 간단하고 풍부한 장소를 제공했을 것입니다. 처음으로 조립되는 생체 분자.
물방울 - 일반적으로 직경이 매우 작은 물방울 약 XNUMX만분의 XNUMX미터, 보다 훨씬 작은 거미줄의 지름— 처음에는 물의 역설이 만들어내는 매우 특정한 화학적 환경을 고려할 때까지 물의 역설을 해결하지 못하는 것처럼 보일 수 있습니다.
미세 방울은 상당한 표면적 대 부피 비율을 가지고 있습니다. 물방울이 작아질수록 커진다. 이것은 그들이 만들어지는 용매(이 경우 물)와 그들이 둘러싸고 있는 매질(이 경우 공기)이 만나는 상당한 공간이 있음을 의미합니다.
수년에 걸쳐 연구자들은 공기-물 계면이 독특한 화학적 환경이라는 것을 보여주었습니다. 이러한 미세 액적 인터페이스의 화학은 다음과 같이 지배적입니다. 큰 전기장, 부분용매 분자가 부분적으로 물로 둘러싸여 있는 경우, 반응성이 높은 분자및 매우 높은 산도. 이러한 모든 요인으로 인해 미세 방울은 미세 방울에서 발생하는 화학 반응을 가속화할 수 있습니다.
우리 실험실 를 위해 미세 방울을 연구해 왔습니다. 로사리오 염주, 그리고 우리의 이전 연구는 일반적인 화학 반응의 속도가 최대 백만 번 미세 방울에서 더 빠릅니다. 하루 종일 걸렸을 반응은 이제 이 작은 물방울을 사용하여 단 몇 분의 XNUMX초 만에 완료될 수 있습니다.
In 우리의 최근 작업, 우리는 미세 방울이 물의 역설에 대한 해결책이 될 수 있다고 제안했습니다. 그 이유는 공기-물 계면이 반응을 가속화할 뿐만 아니라 물의 존재에도 불구하고 생체 분자를 생성하는 데 필요한 반응을 촉진하는 "건조 표면"으로 작용하기 때문입니다.
우리는 이 이론을 물의 미세 방울에 용해된 아미노산을 질량 분석기, 화학 반응의 생성물을 분석하는 데 사용할 수 있는 도구. 우리는 두 개의 아미노산이 미세 방울을 통해 물이 있을 때 성공적으로 결합할 수 있음을 발견했습니다. 우리가 더 많은 아미노산을 추가하고 이 혼합물의 두 스프레이를 함께 충돌시켜 프리바이오틱 세계에서 충돌하는 파도를 모방했을 때 이것이 최대 XNUMX개 아미노산의 짧은 펩티드 사슬을 형성할 수 있음을 발견했습니다.
우리의 연구 결과는 바다 스프레이 또는 대기 에어로졸과 같은 환경에서 물 미세 방울이 초기 지구의 기본 미세 반응기였다는 것을 시사합니다. 다시 말해, 미세 방울은 행성을 덮고 있는 광대한 원시 바다에 용해된 단순하고 작은 화합물로부터 생명의 기본 분자가 형성되도록 하는 화학 매개체를 제공했을 수 있습니다.
미세 방울의 과거와 미래
미세 방울의 화학은 많은 과학 분야에서 현재의 도전 과제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.
예를 들어, 약물 발견은 잠재적인 신약을 찾기 위해 수십만 가지 화합물을 합성하고 테스트해야 합니다. 미세 액적 반응의 힘은 자동화 및 새로운 도구와 통합되어 합성 속도를 향상시킬 수 있습니다. 초당 하나 이상의 반응 만큼 잘 생물학적 분석 샘플당 XNUMX초 미만.
이러한 방식으로 수십억 년 전에 생명을 구성하는 구성 요소의 기원을 도왔을 수 있는 동일한 현상이 이제 과학자들이 새로운 의약품과 재료를 더 빠르고 효율적으로 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.
혹시 JRR 톨킨 그는 다음과 같이 썼을 때 옳았습니다. “세상의 수레바퀴를 움직이는 것은 대개 이런 것입니다. 작은 손이 해야 하기 때문에 그것을 하는 반면, 큰 사람의 눈은 다른 곳에 있습니다.”
나는 이 작은 방울의 중요성이 그 작은 크기보다 훨씬 더 크다고 믿습니다.
